CN113217044B - 一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，涉及隧道工程领域，在隧道掘进至隧道前进路线上的断层破碎地层之前，在掌子面处仰斜向上打设至少一注浆钻孔至断层位置，并向断层破碎地层注浆形成至少一注浆段，阻隔断层水使注浆后断层位置的喷水流量小于或等于隧道施工的安全排水流量。本发明提供了一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，在隧道掘进至隧道前进路线上的断层破碎地层之前，在断层破碎地层中注浆形成注浆段，阻隔断层水，使断层破碎段与注浆段梯度降低地层水的压力和喷水量，降低隧道掌子面喷水流量，提前施工加固围岩，降低风险。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法。
背景技术
穿越断层破碎带的隧道段落一般是易汇集水的地带，且隧道穿越的断层破碎带岩体本身完整性差，受断层影响，岩体破碎、抗压抗剪强度低、无自稳能力和高压富水的特点，隧道开挖断层破碎带时容易发生喷水突泥事件，严重影响施工安全和工期，如果采用TBM法施工，则会面临卡机等巨大的施工风险。高山峡谷地区隧道埋深大，往往有很多深大断层，水压超高，可达10Mpa以上，如大瑞线高黎贡山隧道，厦深线梁山隧道、川藏线德达隧道等。防止隧道掘进过程中发生喷水或卡机现象，降低穿越富水断层破碎带的施工风险，是本领域亟待解决的技术难题。
在现有技术中，对要穿越的断层破碎带进行提前注浆，加固松散的危岩体，封堵喷水是常用技术手段，如中国专利公开号CN110735653A提出的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，其采用超前钻探技术探明富水断层破碎带，采用深孔后退式超前预注浆一次堵水后，快速掘进施工通过断层破碎带，在富水段的隧道区域采用全断面深孔后退式小导管注浆二次堵水，针对火成岩断层破碎带裂隙开度大，贯通性好等特点，使得上一阶段浆液的沉积固结为下一阶段浆液的沉积固结起到增益效果，最终浆液充分充填裂缝，达到堵水目的，解决了火成岩隧道施工中过富水断层现有技术堵水困难的问题。其主要在掌子面向前注浆，如果断层水压高达10Mpa以上，还是难以抵挡高压水以及喷水风险。
因此，需要探究研发一种针对深大断层、超高水压的注浆堵水结构及方法。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术中高水压断层突泥喷水风险高的问题，提供一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，在隧道掘进至隧道前进路线上的断层破碎地层之前，在断层破碎地层中注浆形成注浆段，阻隔断层水，使断层破碎段与注浆段梯度降低地层水的压力和喷水量，降低隧道掌子面喷水流量，提前施工加固围岩，降低风险。
为了实现上述发明目的，本申请提供了以下技术方案：一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，在隧道掘进至隧道前进路线上的断层破碎地层之前，在掌子面处仰斜向上打设至少一注浆钻孔至断层位置，并向断层破碎地层注浆形成至少一注浆段，阻隔断层水使注浆后断层位置的喷水流量小于或等于隧道施工的安全排水流量。
在上述技术方案中，所述注浆钻孔倾斜向上，其注浆段在断层破碎地层中注浆形成，使原断层破碎地层通过注浆形成的注浆段被分隔成多个断层破碎段，通过断层破碎段和和注浆段的渗透系数的不同，实现断层破碎地层中的水压呈阶梯式下降，降低隧道顶部的水压；同时注浆段与隧道顶部之间还有围岩承托，使注浆段承压能力更强、稳定性更好，避免了传统注浆段在隧道开挖至断层破碎地层下方时下部形成临空面，在高水压作用下容易坍塌；特别是设置多个注浆段，由于多个与地层破碎段交替设置的注浆段形成若干降压梯度，使最下方的注浆段水压降低到可以支撑的范围内，形成稳定的承压支撑，使该注浆方法可以适用于10MPa以上的高断层水压情况。同时，多个注浆段与地层破碎段的交替设置，也进一步降低的喷水的风险。
进一步地，所述注浆方法包括以下步骤：
S1：确定断层的位置和断层的岩层性质，根据地质资料和/或超前地质预报钻孔获得断层的参数；
S2：在隧道掌子面或反向掌子面处仰斜向上至少打设一注浆钻孔至所述断层，并分别向所述断层破碎地层注浆，使其在断层破碎地层中形成注浆段，阻隔断层水；
S3：根据所述断层的参数、注浆段的数量、注浆段的厚度和注浆段渗透系数，获得注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量；
S4：判断注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量是否大于隧道施工的安全排水流量；若注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量大于隧道施工的安全排水流量，则继续打设注浆钻孔，并注浆，直至最后一次注浆后计算获得的注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量小于或等于隧道施工的安全排水流量为止。
进一步地，所述断层的参数包括所述断层位置的静水压力、所述断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度、所述断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度和断层破碎地层的渗透系数；
所述断层位置的静水压力、所述断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度、所述断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度根据地质资料获得。
进一步地，当隧道掌子面掘进至所述断层位置前方30～50m时，向掌子面前方打设超前地质预报钻孔。即：在进行超前地质预报钻孔时，断层位置下方的隧道尚未挖掘，对断层破碎地层形成支撑，待注浆层在断层破碎地层中形成稳定的地下水阻隔层后，再向前掘进隧道。
进一步地，当所述注浆钻孔次数大于1时，第一次所述注浆钻孔到最后一次所述注浆钻孔与水平方向的夹角依次减小。使多次断层破碎层注浆形成的注浆层将地层破碎层分为多个地层破碎段，地层破碎段和注浆段交替形成水力梯层。所述断层的位置通过地质钻孔确定，所述断层的岩层性质通过地质资料获得。所述断层的岩层性质即为断层的主要岩石类型，如砂岩破碎层、泥岩破碎层等。
进一步地，当所述注浆钻孔次数大于1时，第一次所述注浆钻孔到最后一次所述注浆钻孔与水平方向的夹角依次增大，尽量减小注浆钻孔最大长度，降低钻孔成本。
进一步地，第一次注浆形成注浆段距离隧道顶部至少10m以上，使最下方的注浆段与隧道顶部之间存在岩土承托层，提高注浆段的承重，使最下方的注浆段在隧道掘进到断层下方时也不会形成临空面。相邻注浆段之间的间距至少10m，使注浆段与注浆段之间的断层破碎层形成水力降压梯度和承压梯度层，提高降压水平和承压强度；每一注浆段的厚度为3～5m，使每一注浆段均能起到良好的承压效果。
进一步地，当所述断层为单一岩层时，注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量通过以下方法计算：
Q＝s*(W/L)*(W/(W1/K1+W2/K2+W3/K1……+W2m/K2+W2m+1/K1)
其中，m为注浆层的层数，m为大于或等于1的自然数；s为断层与隧道顶部相交的横截面积，单位为m2；W为断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度，单位为m；L为断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度，单位为m；W1、W3……W2m+1为每一地层破碎段的高度，单位为m；W2、W4……W2m为每一注浆段的高度，单位为m；K1为断层破碎层的渗透系数；K2为注浆段渗透系数。
进一步地，所述断层破碎地层的渗透系数通过所述断层的原状土实验测定或者通过超前地质预报钻孔的喷水量、水压和断面面积计算获得。所述超前地质预报钻孔的喷水量、水压和断面面积在打设超前地质预报钻孔后直接测量获得。
进一步地，当所述断层包括至少两种岩层时，注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量的计算方法包括以下步骤：
S321：根据地质资料和/地质钻孔获得所述断层在隧道前进方向上的总宽度，根据地质资料和/地质钻孔获得所述断层包括的岩层数量，根据地质资料和/地质钻孔获得每一性质的断层岩层在隧道前进方向上的宽度；
S322：根据超前地质预报钻孔或原状土检测实验获得每一性质的断层岩层的渗透系数；
S323：将每一性质的断层岩层的渗透系数带入注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量计算式中，得到两种及以上岩层的断层在注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量；
其中，两种及以上岩层的断层在注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量通过下式计算：
其中，m为注浆层的层数，m为大于或等于1的自然数；s为断层与隧道顶部相交的横截面积，单位为m2；W为断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度，单位为m；L为断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度，单位为m；W1、W3……W2m+1为每一地层破碎段的高度，m；W2、W4……W2m为每一注浆段的高度，单位为m；Kb为注浆段渗透系数；n为断层破碎地层所包括岩层种类，n为大于或等于1的自然数；k1、k2……Kn为每一性质的断层岩层的渗透系数；t1、t2……tn为每一性质的断层岩层在隧道前进方向上的宽度；t为所述断层在隧道前进方向上的总宽度。
其中，注浆段的高度等于注浆量与断层横截面积的比值；注浆段渗透系数K2和Kb均为注浆材料与断层岩体混合物的渗透系数，可以通过渗透试验试验测得。
进一步地，所述注浆钻孔由反向掌子面打设时：所述注浆钻孔由平行坑道向主坑道打设导洞，并由导洞施工反向掌子面，在反向掌子面向断层打设注浆钻孔。当掘进的隧道为左线隧道时，所述的平行坑道为平导或右线正洞。
与现有技术相比，本发明的具有以下有益效果：
本申请公开了一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，在隧道掘进至隧道前进路线上的断层破碎地层之前，在断层破碎地层中注浆形成注浆段，阻隔断层水，使断层破碎段与注浆段梯度降低地层水的压力和喷水量，降低隧道掌子面喷水流量，提前施工加固围岩，降低风险。相比于传统的帷幕注浆、周边注浆以及径向注浆，本发明的注浆体下方有岩土体承托，注浆体的下方在隧道开挖后不会形成临空面，不会产生注浆体被水压击落的情况。此外，本申请公开的注浆方法还针对断层中岩石类型采用不同的喷水量计算方法，使计算结果更加准确、复合实际地层情况，降低断层喷水隐患。
本发明的注浆计算方法运用梯级注浆的方式试算隧道开挖后的喷水量，计算结果可根据隧道允许排水量灵活调整注浆段数，现场施工的容错率高，灵活性强。
附图说明
图1为本发明公开的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法的流程图；
图2为本发明一些实施例中公开的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法的注浆示意图；
图3为本发明一些实施例中公开的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法注浆后计算纵断面示意图；
图4为本发明一些实施例中公开的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法通过反向掌子面注浆的平面示意图；
图5为本发明一些实施例中公开的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法通过反向掌子面注浆的纵断面示意图；
图6为本发明一些实施例中所述断层包括至少两种岩层时通过掌子面注浆的纵断面示意图。
图中，1-隧道，2-断层，3-隧道掌子面，4-地下水位线，5-超前地质钻孔，61-第一注浆钻孔，62-第二注浆钻孔，71-第一注浆段，72-第二注浆段，8-平行坑道，9-导洞，10-反向掌子面。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
现有的断层注浆堵水通常采用在隧道拱顶附近进行帷幕注浆和周边注浆，当隧道掘进到断层位置时，在注浆层下方会形成临空面，导致注浆层受力陡然增加，导致支撑不稳定，有垮塌风险，特别是对于具有深大断层的高水压隧道，其垮塌风险更大。
为了解决上述技术问题，发明人在本申请中提出了一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，参阅图1，在隧道掘进至隧道前进路线上的断层破碎地层之前，在掌子面处仰斜向上打设至少一注浆钻孔至断层位置，并向断层破碎地层注浆形成至少一注浆段，阻隔断层水使注浆后断层位置的喷水流量小于或等于隧道施工的安全排水流量。
参阅图1，所述注浆方法具体包括以下步骤：
S1：确定断层的位置和断层的岩层性质，根据地质资料和/或超前地质预报钻孔获得断层的参数；
S2：在隧道掌子面或反向掌子面处仰斜向上至少打设一注浆钻孔至所述断层，并分别向所述断层破碎地层注浆，使其在断层破碎地层中形成注浆段，阻隔断层水；
S3：根据所述断层的参数、注浆段的数量、注浆段的厚度和注浆段渗透系数，获得注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量；
S4：判断注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量是否大于隧道施工的安全排水流量；若注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量大于隧道施工的安全排水流量，则继续打设注浆钻孔，并注浆，直至最后一次注浆后计算获得的注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量小于或等于隧道施工的安全排水流量为止。
需要说明的是，在步骤S1中，断层的位置通常采用地质钻孔确定，所述断层的岩层性质通过地质资料获得。
需要说明的是，所述仰斜散射式注浆方法是指用于注浆的注浆钻孔从隧道的掌子面或反向掌子面出发为向上呈一定仰斜角倾斜向上延伸；当注浆钻孔设置为至少两个时，相邻的注浆钻孔从掌子面或者反向掌子面散射搭设，即：相邻的注浆钻孔与水平方向上形成的仰斜角依次减小或者依次增大。在本申请文件中，后打设的注浆钻孔在仰斜角逐渐增大。
需要说明的是，在步骤S2中，所述断层的参数包括所述断层位置的静水压力、所述断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度、所述断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度和断层破碎地层的渗透系数。所述断层位置的静水压力、所述断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度、所述断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度根据地质资料获得；
其具体计算方法如下：
所述断层位置的静水压力P0可以通过地质资料直接获得。根据流体力学中的液体压强的基本公式：P＝ρgh，可以知道：
P0＝ρ水gW (1)
其中，ρ水为地层水的密度，单位为kg/m3，g为重力加速度，9.8N/kg；W为所述断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度，单位为m。
从式(1)可以获得断层位置地下水到隧道顶部的水头高度，然后根据所述断层的倾斜角，即可获得断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度为L。其中，断层的倾斜角可以通过地质资料直接获得。断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度为L的具体计算公式如下：
L＝W/sinθ (2)
其中，θ为断层的倾斜角，°。
需要说明的是，所述断层破碎地层的渗透系数可以通过所述断层的原状土直接实验测定，也可以通过超前地质预报钻孔的喷水量、水压和断面面积计算获得。
当所述断层破碎地层的渗透系数通过超前地质预报钻孔的喷水量、水压和断面面积计算获得时，其具体采用以下步骤：
在将超前地质预报钻孔打至断层处后，测量超前地质预报钻孔中的实时水压P1，然后测量超前地质预报钻孔喷水流量Q1，超前地质预报钻孔断面面积为A，并根据：
Q1＝A*K1*(W/L) (3)
即可获得断层破碎地层的渗透系数K1。
需要说明的是，在步骤S2中，当隧道掌子面掘进至断层位置前方30～50m时，向掌子面前方打设超前地质预报钻孔。所述超前地质预报钻孔的数量为至少一个。当所述注浆钻孔次数大于1时，第一次所述注浆钻孔到最后一次所述注浆钻孔与水平方向的夹角依次减小。即第一次所述注浆钻孔的仰角最大，第二次到最后一次的注浆钻孔的仰角依次减小。
需要说明的是，根据断层的岩层性质是否单一，在步骤S3中，注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量的计算方式不同。
参阅图2～5，当所述断层为单一岩层时，注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量通过以下方法计算：
Q＝s*(W/L)*(W/(W1/K1+W2/K2+W3/K1……+W2m/K2+W2m+1/K1) (4)
其中，m为注浆层的层数，m为大于或等于1的自然数；s为断层与隧道顶部相交的横截面积，单位为m2；W为断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度，单位为m；L为断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度，单位为m；W1、W3……W2m+1为每一地层破碎段的高度，单位为m；W2、W4……W2m为每一注浆段的高度，单位为m；K1为断层破碎层的渗透系数；K2为注浆段渗透系数。
其中K2通过注浆材料来确定。
其中，每一注浆段的高度根据注浆段注浆量确定，其具体确定步骤如下：
根据地质资料，获得断层的总宽度t；然后根据超前地质预报钻孔的长度l1和仰角α，计算获得每一超前地质预报钻孔对应的断层位置，即可获得该超前地质预报钻孔注浆后形成注浆段在断层破碎地层中位置，其具体计算公式为：
l2＝l1*sinθ/sinα (5)
其中，l2为该超前地质预报钻孔到断层与隧道顶部相交位置的长度。由此，W1可以通过下式计算得到：
W1＝(L-l2)*sinθ (6)
而注浆段W2则可以通过注浆量和断层的总宽度t、断层的倾斜角θ直接计算获得。
第二个断层破碎段可以通过断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度减去第一个断层破碎段、第一个注浆段获得，依次类推，即可获得每一断层破碎段、注浆段的高度。
需要说明的是，断层与隧道顶部相交的横截面积可以通过断层宽度(地质资料获得)乘以隧道横断面宽度获得。
以打设两个超前地质预报钻孔为例，在掌子面处仰斜向上打设第一注浆钻孔至断层位置，钻孔与水平方向夹角为α1，向钻孔内注浆，形成第一注浆段，在掌子面处仰斜向上打设第二注浆钻孔至断层位置，钻孔与水平方向夹角为α2(α2＞α1)，向钻孔内注浆，形成第二注浆段，注浆段渗透系数为k2。
地下水流经断层的水力梯度为d＝W/L，流经断层破碎段、注浆段的水力梯度从上至下依次为d1、d2、d3、d4、d5，经过断层的总喷水流量等于各段喷水流量q1、q2、q3、q4、q5，所以，
K*d*s＝K1*d1*s＝K2*d2*s＝K1*d3*s＝K2*d4*s＝K1*d5*s (7)
其中，K为总渗透系数。
由总能量损失等于各段能量损失之和可知，
W＝W1*d1＝W2*d2＝W3*d3＝W4*d4＝W5*d5 (8)
由此可得，
Q2＝s*(W/L)*(W/(W1/K1+W2/K2+W3/K1+W4/K2+W5/K1) (9)
然后判断Q2与隧道施工的安全排水流量Q安的大小，若Q2大于隧道施工的安全排水流量Q安，则继续打设第三注浆钻孔，直到Q2≤Q安，完成注浆堵水。
参阅图6，当所述断层包括至少两种岩层时，注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量的计算方法包括以下步骤：
S321：根据地质资料和/地质钻孔获得所述断层在隧道前进方向上的总宽度、所述断层包括的岩层数量和每一性质的断层岩层在隧道前进方向上的宽度；
S322：根据超前地质预报钻孔或原状土检测实验获得每一性质的断层岩层的渗透系数，获得断层破碎地层的等效渗透系数Ka；
S323：将断层破碎地层的平均渗透系数带入注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量计算式中，得到两种及以上岩层的断层在注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量；
其中，i为断层破碎地层所包括岩层种类，i为大于或等于1的自然数；k1、k2……Ki为每一性质的断层岩层的渗透系数；t1、t2……ti、为每一性质的断层岩层在隧道前进方向上的宽度；t为所述断层在隧道前进方向上的总宽度。
将式(10)带入式(4)，即可获得两种及以上岩层的断层在注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量的计算公式：
其中，m为注浆层的层数，m为大于或等于1的自然数；s为断层与隧道顶部相交的横截面积，单位为m2；W为断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度，单位为m；L为断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度，单位为m；W1、W3……W2n+1为每一地层破碎段的高度，单位为m；W2、W4……W2n为每一注浆段的高度，单位为m；Kb为注浆段渗透系数；n为断层破碎地层所包括岩层种类，n为大于或等于1的自然数；k1、k2……Kn为每一性质的断层岩层的渗透系数；t1、t2……tn为每一性质的断层岩层在隧道前进方向上的宽度；t为所述断层在隧道前进方向上的总宽度。
以所述断层包括两种类型的岩层为例：
设断层在隧道前进方向总宽度为t，第一断层地层宽度为t1，渗透系数k1；第二断层地层宽度为t2，渗透系数k2；则断层破碎地层的等效渗透系数为：
Ka＝(k1*t1+k2*t2)/t (12)
然后将式(12)带入式(11)即可得到两种及以上岩层的断层在注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量的计算公式，然后进行喷水流量计算，其计算方式与单一岩层的断层计算方式基本相同，故不再一一赘述。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，其特征在于，在隧道掘进至隧道前进路线上的断层破碎地层之前，在掌子面处或在反向掌子面仰斜向上，打设至少一注浆钻孔至断层位置，并向断层破碎地层注浆并形成至少一注浆段，以阻隔断层水使注浆后断层位置的喷水流量小于或等于隧道施工的安全排水流量；
所述断层的参数包括：所述断层位置的静水压力、所述断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度、所述断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度，和断层破碎地层的渗透系数；
所述断层位置的静水压力、所述断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度、所述断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度根据地质资料获得；
所述断层的位置通过地质钻孔确定，所述断层的岩层性质通过地质资料获得；
当所述断层为单一岩层时，注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量Q通过以下方法计算：
Q＝s*(W/L)*(W/(W1/K1+W2/K2+W3/K1……+W2m/K2+W2m+1/K1)
其中，m为注浆层的层数，m为大于或等于1的自然数；s为断层与隧道顶部相交的横截面积，单位为m2；W为断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度，单位为m；L为断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度，单位为m；W1、W3……W2m+1为每一地层破碎段的高度，单位为m；W2、W4……W2m为每一注浆段的高度，单位为m；K1为断层破碎层的渗透系数；K2为注浆段渗透系数。
2.根据权利要求1所述的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定断层的位置和断层的岩层性质，根据地质资料和/或超前地质预报钻孔获得断层的参数；
S2：在隧道掌子面处仰斜向上至少打设一注浆钻孔至所述断层，并分别向所述断层破碎地层注浆，使其在断层破碎地层中形成注浆段，阻隔断层水；
S3：根据所述断层的参数、注浆段的数量、注浆段的厚度和注浆段渗透系数，获得注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量；
S4：判断注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量是否大于隧道施工的安全排水流量；若注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量大于隧道施工的安全排水流量，则继续打设注浆钻孔，并注浆，直至最后一次注浆后计算获得的注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量小于或等于隧道施工的安全排水流量为止。
3.根据权利要求1所述的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，其特征在于，当隧道掌子面掘进至断层位置前方30～50m时，向掌子面前方打设超前地质预报钻孔。
4.根据权利要求1所述的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，其特征在于，当所述注浆钻孔次数大于1时，第一次所述注浆钻孔到最后一次所述注浆钻孔与水平方向的夹角依次增大，第一次注浆形成注浆段距离隧道顶部至少10m以上。
5.根据权利要求1所述的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，其特征在于：第一次注浆形成注浆段距离隧道顶部至少10m以上；相邻注浆段之间的间距至少10m；每一注浆段的厚度为3～5m。
6.根据权利要求1所述的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，其特征在于，所述断层破碎地层的渗透系数通过所述断层的原状土实验测定或者通过超前地质预报钻孔的喷水量、水压和断面面积计算获得。
7.根据权利要求1所述的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，其特征在于，当所述断层包括至少两种岩层时，注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量的计算方法包括以下步骤：
S321：根据地质资料和/地质钻孔获得所述断层在隧道前进方向上的总宽度，根据地质资料和/地质钻孔获得所述断层包括的岩层数量，根据地质资料和/地质钻孔获得每一性质的断层岩层在隧道前进方向上的宽度；
S322：根据超前地质预报钻孔或原状土检测实验获得每一性质的断层岩层的渗透系数；
S323：将每一性质的断层岩层的渗透系数带入注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量计算式中，得到两种及以上岩层的断层在注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量；
其中，两种及以上岩层的断层在注浆后隧道开挖至断层位置的喷水流量Q通过下式计算：
其中，m为注浆层的层数，m为大于或等于1的自然数；s为断层与隧道顶部相交的横截面积，单位为m2；W为断层位置地下水线到隧道顶部的水头高度，单位为m；L为断层位置地下水位线处断层到隧道顶部的长度，单位为m；W1、W3……W2m+1为每一地层破碎段的高度，m；W2、W4……W2m为每一注浆段的高度，单位为m；Kb为注浆段渗透系数；n为断层破碎地层所包括岩层种类，n为大于或等于1的自然数；k1、k2……Kn为每一性质的断层岩层的渗透系数；t1、t2……tn为每一性质的断层岩层在隧道前进方向上的宽度；t为所述断层在隧道前进方向上的总宽度。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种深大断层隧道仰斜散射式注浆堵水方法，其特征在于，所述注浆钻孔由反向掌子面打设时：所述注浆钻孔由平行坑道向主坑道打设导洞，并由导洞施工反向掌子面，在反向掌子面向断层打设注浆钻孔。
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